Разработка методики картографирования средообразующих функций бореальных лесов Европейской России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.33, кандидат географических наук Зимин, Михаил Викторович

• Зимин, Михаил Викторович
• кандидат географических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат географических наук Зимин, Михаил Викторович

Введение

ГЛАВА 1. Исследование и картографирование экологических функций ландшафтов

1.1 Исторические аспекты экологизации географии.

1.2 Экологические функции природных компонентов.

1.2.1 Экологические функции литосферы.

1.2.2 Экологические функции почв.

1.2.3 Экологические функции атмосферы и гидросферы.

1.2.4 Экологические функции растительности.

1.2.5 Экологические функции рельефа.

1.2.6 Экологические функции ландшафтов.

1.3 Отражение экологических функций ландшафтов в тематическом картографировании.

ГЛАВА 2. Разработка структуры и содержания ГИС

2.1 Географические особенности бореальной зоны ЕТР.

2.2 Обоснование набора характеристик экологических функций и единиц картографирования.

2.3 Источники информации.

2.3.1 Ландшафтная карта.

2.3.2 Карты лесов.

2.3.3 Серия карт биологической продуктивности.

2.3.4 Карта Заповедники, национальные парки и заказники федерального значения России.

2.3.5 Климатические справочники.

2.3.6 Карта Малонарушенных лесов России.

2.3.7 Географическая основа.

2.3.8 Цифровая модель рельефа.

2.3.9 Данные полевых исследований.

2.3.10 Литературные источники.

2.3.11 Данные дистанционного зондирования.

2.4 Картографирование на ландшафтной основе.

2.5 Разработка структуры и содержания географической информационной системы.

ГЛАВА 3. Геоинформационное картографирование факторов определяющих экологические функции ландшафтов.

3.1 Методы геоинформационного картографирования.

3.2 Создание серии карт климатических факторов. Анализ климатических показателей таежной зоны.

3.3 Создание серии карт эдафических факторов. Таежные ландшафты и их экологические функции.

3.4. Создание серии карт биологической продуктивности. Анализ биологической продуктивность таежных ландшафтов.

3.5 Создание серии карт индикационных видов растительности. География индикационных видов растительности.

ГЛАВА 4. Геоинформационное картографирование экологических функции ландшафтов

4.1 Методика составления карты.

4.2 Особенности содержания карты.

4.3 Анализ географических закономерностей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики картографирования средообразующих функций бореальных лесов Европейской России»

На конференции ООН, проходившей в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро, была намечена программа по окружающей среде «Повестка дня на XXI век». В документах конференции основное внимание уделено необходимости перехода на путь устойчивого развития, предполагающего оптимальный баланс между решением социально-экономических проблем и сохранением окружающей природной среды с учетом интересов нынешнего и будущего поколений. «Повестка дня» отражает глобальный консенсус в принятии на самом высоком уровне политических обязательств в отношении сотрудничества по вопросам развития окружающей среды. Решающее значение для достижения данной цели имеют национальные стратегии, планы, политика и процессы в сочетании с международным сотрудничеством, дополняющем национальные усилия.

Одним из шагов к реализации «Повестки дня» выступает «Киотское соглашение», в рамках которого на территориях стран, ратифицировавших его, намечено осуществлять постоянный мониторинг выбросов парниковых газов. Параллельно этому необходимо проводить всестороннюю оценку депонирования углерода. Актуальность для РФ этих направлений исследований обеспечена прежде всего проблемой погашения собственных выбросов СО2 и возможным процессом торговли квотами депонирования СО2.

Неоднозначность в вопросе отнесения большей части лесных территорий России к категории управляемых лесов, в соответствии с определениями Киотского протокола, подталкивает Россию на переход к новому этапу управления лесными ресурсами. В связи с этим встают задачи оценки экологических функций природных комплексов, которые, прежде всего, связаны с депонированием углерода и продуцированием кислорода. Для России особая роль в этом процессе принадлежит бореальным лесам, играющим важное экологическое значение в качестве источника биоразнообразия и хранилища значительной части мирового запаса углерода.

В настоящее время стало очевидно, что всесторонняя, объективная оценка состояния лесов России и управление ими должны осуществляться на основе современных методов с использованием средств дистанционного зондирования и геоинформационных технологий.

Цель и задачи исследования заключается в разработке методики (синтетического) картографирования экологических функций лесных ландшафтов европейской территории России.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Анализ и оценка состояния вопросов, связанных с экологическими функциями природных компонентов и опытом их картографирования.

2. Обоснование набора характеристик, определяющих экологические функции.

3. Разработка структуры географической информационной системы (ГИС) и подготовка цифровых картографических основ и баз данных.

4. Проведение экспериментов в среде ГИС с целью классификации ландшафтов по их экологическим функциям

5. Разработка методики и создание карты оценки средообразующих функций ландшафтов.

Исходные данные. Работа проводилась на кафедре картографии и геоинформатики в рамках госбюджетной темы «Картографирование с использованием геоинформационных, аэрокосмических методов и телекоммуникации для эколого-географических исследований и образования». В работе использовапы опубликованные карты и атласы, в том числе цифровые: «Ландшафтная карта СССР» (1988); «Леса СССР» (1990); «Карта лесов Российской Федерации» (Барталев, Ершов и др.,2004); «Заповедники, национальные парки и заказники федерального значения России» (2005); «Атлас малонарушенных лесных территорий России» (Аксенов и др., 2002); Цифровая общегеографическая карта VMapO (2000) и др.

Использованы базы данных по индикационным видам растительности, структурированные и обобщенные автором в рамках сотрудничества с ЦЭПЛ РАН в 1998-2001 гг. Для создания базы данных климатических факторов были использованы климатические справочники СССР. В работе использованы материалы полевых и стационарных исследований, проводившихся в пределах изучаемой территории, в которых автор участвовал в период 1997- 2008 годов. Основные направления исследований - это комплексная оценка территорий, индикационное картографирование и картографирование биологического разнообразия.

Методика исследования. Методы визуального и автоматизированного дешифрирования космических снимков использованы (па эталонных участках в Смоленской, Тверской и Калужской областях, а также в республике Башкортостан) для уточнения материалов лесной таксации и создания карт биологического разнообразия и продуктивности лесов. Методы корреляционного и регрессионного анализа применялись для обработки статистической информации, создания баз геоданных и определения зависимостей между факторами. Основой исследовательской части диссертации является ГИС, которая подразумевает использование методов геоинформационного картографирования и математико-картографического моделирования. Для создания итоговых карт использованы методы классификации.

Научная новизна работы. В работе проанализированы и обобщены данные об экологических функциях компонентов природной среды, определен набор факторов определяющих разнообразие экологических функций. Обоснован набор характеристик, определяющих экологические функции таежных ландшафтов в пределах ЕТР. Разработана ГИС, в содержание которой включены особенности факторов, определяющих экологические функции ландшафтов. Создана база данных, включающая характеристики почво-грунтовых условий и рельефа поверхности, особенностей растительного покрова, а также — климатических условий. Впервые получена закономерность сочетаний параметров продуктивности и депонировании углерода в границах рассматриваемых ландшафтов. Это позволило реализовать математико-картографическое моделирование, результатом которого стала модель зависимости потенциальной продуктивности лесов ЕТР от системы факторов. Разработана методика мелкомасштабного картографирования экологических функций ландшафтов. Методика апробирована применительно к средообразующим функциям бореальных ландшафтов в границах ЕТР. Впервые составлена мелкомасштабная карта (масштаб 1:4 ООО ООО) оценки средообразующих функций.

Практическая значимость исследования связана с возможностью использования его результатов для обоснования сети особо охраняемых природных территорий с учетом видового разнообразия, специфики биотопов, особенностей депонирования углерода в компонентах ландшафтов. Картографические результаты работы представляют инструмент для принятий решений при разработке проектов обоснований инвестиций в строительство объектов хозяйственной и иной деятельности. Инструментом для принятия такого решения является комплексная оценка сочетаний экологических функции, присущих различным ландшафтам. Разработанная методика геоинформационного картографирования может быть использована для решения задач рационального природопользования и управления территориями. Определение и картографирование экологических функций бореальных ландшафтов позволит отнести леса России к категории управляемых, что в рамках Киотского протокола позволит участвовать в торговле квот депонирования углерода.

Апробация работы Работа выполнена на основе личных исследований автора с 1999 по 2008 гг. в том числе - полевых, и материалов собранных в результате научного сотрудничества с ЦЭПЛ РАН. Основные положения и результаты диссертации докладывались на: Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-99» (Москва, 1999), Международной конференции «Продуктивность и динамика экосистем северной Евразии» (Новосибирск, 2000), Международной конференции, ВНИИ океанологии, (Санкт Петербург, 2003),

Международных конференциях «Земля из космоса - наиболее эффективные решения» (Москва, 2003; Москва, 2005; Москва, 2007), Международной конференции «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве» (Москва, 2007), Межрегиональная научно-практическая конференция «Роль ООПТ в решении экологических проблем» (Йошкар-Ола, 2008), Международная научная конференция «Мониторинг и оценка состояния растительного мира» (Минск, Беларусь, 2008).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 11 работ общим объемом 2.3 печатных листа, из них - 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Структура работы

Диссертация состоит из введения, 4-ех глав и заключения, содержит 149 страниц, 6 таблиц, 22 рисунка в виде схем и карт, а также 15 приложений к диссертации.

Заключение диссертации по теме «Картография», Зимин, Михаил Викторович

Выводы

Экологизация географии имеет свои глубокие исторические корни, которые прослеживаются начиная с работ Гиппократа и Аристотеля. Экологическая наука постепенно перерастала в более сложную взаимопроникающую дисциплину. Примерно с середины 19 -го века стали появляться научные труды которые знаменовали собой неразрывность отношений экологии и географии, что достаточно хорошо иллюстрируется тематикой исследований в тот период времени, где экологические исследования неразрывно связанны или с выявлением географических закономерностей распространения тех или иных видов.

На сегодняшний день взаимное проникновение географии и экологии настолько глубоко, что основной проблемой в современных науках экологической направленности видеться теоретическая и терминологическая непроработанность новых научных направлений.

При подробном рассмотрении экологических функций отдельных компонентов географической среды и ландшафтов в целом, а также развития тематического картографирования в направлении картографирования экологических функций можно отметить следующее:

• В настоящий момент разработаны теоретические представления о своеобразии экологических функций различных компонентов географической среды и ландшафтов в целом. Наиболее важными с точки зрения человека являются средообразующие, ресурсовоспроизводящие и природоохранные функции.

• Наиболее хорошо разработаны представления об экологических функциях растительного покрова и почв; обоснована структура параметров и характеристик, определяющих экологические функции литогенной основы; разработаны методические рекомендации по исследованию экологических функций рельефа. Практически не развиты направления, связанные с экологическими функциями атмосферы, гидросферы и криосферы. Исследование экологических функций ландшафтов в большинстве своем сводится к оценке особенностей растительного покрова.

• На данном этапе развития науки нет сводного представления обо всех функциях отдельных географических компонентов и ландшафтов. Единственной общностью всех функций является социальная, рассматривающая отдельные компоненты географической среды с точки зрения рекреационных, санитарно-гигиенических, эстетических, защитных, исторических и других функций.

• Картографированию экологических функций не уделяется должного внимания. Практически все исследования сводятся к перечислению (текстовые и табличные описания) тех или иных функций, выполняемых различивши компонентами географической среды.

• Картографирование экологических функций природной среды в настоящее время направлено, прежде всего, на оценку функций растительного покрова. Опубликованы мелкомасштабные карты экологических функций растительного покрова для России, отдельных районов северо-западного региона и зоны БАМ.

Из вышеописанного следует, что к настоящему моменту есть все предпосылки для более качественной оценки территорий с точки зрения множества функций, свойственных конкретным территориям. Тем более что в отдельных направлениях географических исследований сформировались теоретические представления об экологических функциях, и намечены возможности их исследования и картографирования.

Переход от описательных характеристик к созданию карт экологических функций выведет данное направление исследований на качественно новый уровень развития. Поэтому разработка методики картографирования экологических функций видится перспективным направлением тематического картографирования для решения задач устойчивого развития.

Ввиду многообразности экологических функций природных компонентов и неразвитостью теоретических представлений некоторых из них было принято решение по отработке методики картографирования на примере экологических функций растительности.

ГЛАВА 2 Разработка структуры и содержания ГИС

2.1 Географические особенности бореалыюн зоны ЕТР

Территориальным объектом исследований в данной работе является бореальная зона европейской территории России, ограниченная с запада государственной границей Российской Федерации и на востоке Уральским горным массивом (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Европейская территория России, бореальная зона.

Выбор данной территории, прежде всего, основан на достаточной изученности данного региона автором. В рамках магистерской диссертационной работы автором проводились исследования в целях выявления закономерностей географического распространения лесов с условиями их произрастания. В результате этих исследований были созданы серии компьютерных карт ареалов растений и эталонных лесов, эдафических и климатических факторов, влияющих на распространение различных видов растительного покрова. В проведенных исследованиях были решены задачи, связанные с определением набора природных факторов, формирующих условия развития индикационных видов растительного покрова (в работе исследовались кисличные растительные ассоциации), выявлением картографических приемов определения граничных условий возможного развития ареала на основе ГИС-технологий, определением условий соответствия теоретических и фактических границ развития ареала.

Разработанная методика картографирования индикационных видов растительного покрова легла в основу раздела коллективной монографии (Восточноевропейские леса, 2004) и оправдала себя при картографическом анализе четырех индикационных видов растений (Galium odoratum (L.) Scop., Viola mirabilis L., Asarum europaeum L., Gymnocarpium dryopteris (L.) Newm.).

Таким образом, исследования в рамках кандидатской диссертации являются логическим продолжением темы магистерской диссертации, а картографические и геоинформационные подходы и методы, разработанные автором ранее, легли в основу настоящих исследований.

Объект данных исследований в основном находится на равнинной территории,. в пределах Восточно-европейской равнины и имеет нормальное распределение природных и климатических характеристик с плавным переходом от одной природной зоны к другой с севера на юг. Это позволяет не сталкиваться с незональными характеристиками и влиянием высотной поясности, что, в свою очередь, может затруднить исследования по выявлению географических закономерностей.

Геологическое строение и рельеф. Восточно-европейская равнина протянулась примерно на 2.5 тыс. км. с севера на юг и 3 тыс. км. с запада на восток, занимая восточную часть Европы. На этой огромной площади большое разнообразие природных условий, оно связано с возрастанием солнечной радиации и усилением испарения с севера на юг, а также увеличением континентальное™ климата с северо-запада на юго-восток. В связи с этим природные зоны на равнине сменяются от тундры Кольского полуострова на севере до пустыни Прикаспийской низменности на юге.

Равнинный характер поверхности этой территории обусловлен ее платформенным геологическим строением. Фундамент Восточно-европейской платформы образован мощными комплексами докембрийских метаморфических пород (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы, мрамор), смятыми в сложные складки и прорванные интрузиями древних гранитов. Неровная поверхность фундамента, в пределах бореальной зоны, выходит на поверхность в виде Балтийского щита (Физическая география ., 1976).

Местами фундамент залегает неглубоко, но в большинстве своем перекрыт мощным осадочным чехлом, особенно в областях низменностей, приуроченных к северным и южным морям. Вдоль западного подножия Уральских гор протянулись краевые прогибы. На неровной поверхности кристаллического фундамента платформы лежит толща осадочных горных пород. Они отлагались главным образом на дне морей, некогда покрывавших фундамент платформы, свидетельством существования которых могут служить геологические обнажения по склонам речных долин и оврагов в пределах северной половины платформы. В центральных и северо-восточных районах они перекрыты отложениями более поздних (мезозойских) морей, а на юге распространены осадки морей кайнозойской эры (Геренчук, I960).

Большая часть Восточно-европейской равнины имеет абсолютные высоты от 100 до 200 м, средняя высота составляет около 170 м., возвышенности поднимаются до уровня 300-350 м, наименьшие высоты характерны для побережий Белого и Баренцева морей. Относительные высоты на равнине обычно колеблются в пределах нескольких десятков метров.

Неровности кристаллического фундамента Восточно-европейской платформы в пределах щитов и осадочные породы в пределах плит образуют крупные современные формы рельефа Восточно-европейской равнины - возвышенности: Кольского полуострова, Среднерусскую, Подольскую и другие. Северные Увалы, Приволжская возвышенность, Общий Сырт -образовались в результате смятия в пологие складки слоев осадочных пород, покрывающих фундамент (Апучин и др., 1948; Мещеряков, 1965).

Таманский кряж - остатки разрушенных древних горных систем. Там, где кристаллический фундамент опущен, образовались обширные понижения в рельефе, например Окско-Донская равнина и др. Это плоские поверхности, слабо изрезанные речными долинами, оврагами и балками. Такого же происхождения и обширные низменности по окраинам платформы - участки низменного побережья на севере Восточноевропейской равнины.

Возвышенности на равнине обычно плоские или волнистые, во многих местах прорезанные оврагами и балками. Особенно много оврагов и балок там, где возвышенности сложены рыхлыми, легко размываемыми горными породами (пески, лёсс, суглинки).

В формировании рельефа северной части Восточно-европейской равнины большую роль сыграло четвертичное оледенение. Ледник несколько раз покрывал эту территорию. До сих пор здесь хорошо сохранился мореный покров, оставленный ледником, а также пологохолмистый рельеф, что характерно для Смоленской, Московской и Валдайской возвышенностей (Спиридонов, 1969).

К югу от границы наибольшего распространения ледника поверхность равнины была изрезана долинами рек еще до оледенения, а затем эту работу продолжили обильные талые воды ледников. На междуречьях местами образовались лёссы - горные породы, состоящие из тонких пылеватых частиц (Карандеева, 1957).

Восточно-европейская равнина подразделяется на три морфологические зоны. В северной части распространены пластово-денудационные низменности и возвышенности доантропогенового возраста с наложенными на них формами рельефа ледникового и водно-ледникового происхождения. Ледниково-аккумулятивные формы наиболее выражены на северо-западе, в области последнего (валдайского) оледенения, где протягиваются холмистые гряды и возвышенности: Балтийская, Валдайская, Вепсовская, Белозерская, Коношско-Няндомская. Это область Поозерья с характерным для неё обилием озёр (Чудское, Псковское, Ильмень, Верхневолжские озёра, Белое, Кубенское, Воже и др.) (Мильков, 1962).

К югу, юго-востоку и востоку простирается область, подвергавшаяся лишь более древним оледенениям, где первоначальный ледииково-аккумулятивный рельеф переработан эрозионно-денудационными процессами. Моренно-эрозионные возвышенности и гряды (Белорусская, Смоленско-Московская, Борисоглебская, Данилевская, Галичско-Чухломская, Онего-Двинская, Двинско-Мезенская, Северные Увалы) чередуются с обширными моренными, зандровыми, озёрно-ледниковыми и аллювиальными низменными равнинами (Верхневолжская, Двинско-Мезенская, Печорская и др.).

Южнее расположена зона эрозионно-денудационных пластово-моноклинальных возвышенностей и аккумулятивных низменностей, вытянутых преимущественно в меридиональном и субмеридиональном направлениях и обусловленных чередованием волн новейших поднятий и относительных опусканий. В направлении с юго-запада на северо-восток прослеживаются возвышенности: Среднерусская, Приволжская, Высокого Заволжья, Общий Сырт, Подуральское плато. Возвышенности чередуются с зандровыми и аллювиально-террасовыми низменными равнинами: Горьковского Заволжья, Мещерской, Окско-Донской, Ульяновского и Саратовского Заволжья.

Климат. В основном территория Восточно-европейской равнины расположена в условиях умеренно континентального климата. Основные черты ее климата: постепенное повышение температур с севера на юг; возрастание континентальности климата с запада на восток, особенно с северо-запада на юго-восток, ярко выраженная смена времен года.

В результате воздействия морского умеренного воздуха с Атлантики в западных районах равнины влажность более высокая, зима не так сурова, а лето прохладнее, чем в восточных районах. Арктический воздух иногда проникает далеко на юг равнины, резко снижая температуру, а континентальный тропический воздух в отдельных случаях продвигается далеко на север, достигая даже Белого моря. Следствием такого продвижения бывает необычное потепление. На юге равнины летом часты засухи.

Средняя температура января варьируется от - 20 до -4 °С, с северо-востока на запад изучаемой территории. Средние температуры июля более сглаженные, нежели различия в январских, и в целом по территории составляют около 20 °С, самые теплые районы приурочены к юго-восточной части изучаемой территории.

Наибольшее количество годовых осадков свойственно западным границам изучаемой территории (более 450 мм год), минимальное побережью северных морей (менее 300 мм).

Наиболее важными климатическими характеристиками в данных исследованиях являются параметры тепло- и влагообеспеченности. Именно эти показатели определяют географию распространения различных видов растительного покрова и его экологических функций, присущих как в отдельности растительному покрову, так и ландшафту в целом (см. Глава 2).

Почвы. Распределение почв в пределах изучаемой территории определяется биоклиматическими и геолого-геоморфологическими факторами. Зональные различия почв обусловлены изменением биоклиматических условий с севера на юг, при этом очень часто в почвенном покрове прослеживается континентальность климата с запада на восток. Геолого-геоморфологическими факторами определяются особенности развития и структура сочетаний почв.

Тундровые почвы в основном представлены тундрово-глеевыми зональными типами почвообразования, второстепенную роль почвообразования играют подзолистое и дерново-луговое почвообразование. Недостаточное испарение и характерное для некоторых районов близкое залегание вечной мерзлоты обуславливает переувлажненность аундровых почв, которая влечет за собой активацию глеевого процесса. Тундровая почвенная зона подразделяется на северную и южные подзоны. Для северной подзоны характерны тундровые скрыто-глеевые, тундровые охристо-глеевые, торфяно-глеевые и тундровые глеевые почвы. Для южной подзоны характерны тундровые глеево-оподзоленные и тундровые иллювиально-гумусовые почвы. Тундровые почвы кислые, бедны основаниями, для них характерно малое содержания гумуса. Почвы лесотундры являются переходными от тундровых к таежным почвам и представлены глеево-подзолистыми типами.

Для таежных почв характерны следующие процессы почвообразования: подзолистое, глеевое болотное и болотное. В пределах зоны таежных почв выделяются три подзоны.

Для северотаежной подзоны характерны глеево-подзолистые, подзолистые, подзолисто-иллювиально-гумусовые и болотные почвы, образующие сложные сочетания и имеющие мозаичное распространение, связанное с изменением рельефа и почвообразующих пород.

Среднетаежная подзона, для которой характерны подзолистые почвы, отличается от северотаежной подзоны меньшим развитием глеевых почв и ослабленном проявлении иллювиально-гумусовых процессов в подзолистых почвах. Важнейшую черту подзолообразования составляет глубокий распад минеральной части почвы в условиях кислой среды и вынос продуктов распада и органических веществ из поверхностных горизонтов вниз. Таким образом, в верхних слоях почвенного покрова возрастает относительное содержание кремнезема и понижается содержание других элементов, что и обуславливает белесый цвет.

Южнотаежная подзона, для которой характерны дерново-подзолистые почвы, также представлена подзолистыми и глеево-подзолистыми типами. Формирование дерново-подзолистых почв происходит из-за усиливающегося влияния лиственных лесов, для полога которых характерно проникновение луговых трав. Для этих почв характерно более высокое содержание гумуса и зольных элементов, чем у подзолистых почв. Для всех трех подзон характерны различия в сочетаниях почв, выражающиеся в изменении их структуры с запада на восток. Это изменение на многих почвенных картах отображается в виде азональных провинций.

Мозаичность почвенного покрова подтаежной зоны связана с разнообразием типов и форм рельефа. Зональным типом подтаежных почв являются дерново-подзолистые почвы, большое количество почвенных разностей выражается в различиях по степени оподзоленности и механическому составу.

Для широколиственных и лесостепных подзон наиболее характерны серые лесные почвы, слабо оподзоленные с наличием гумусового слоя (Мильков, 1977; Север европейской., 1966; Физическая география ., 1948).

Реки и озера. В пределах изучаемой территории в связи с ее орографическими особенностями реки принадлежат бассейнам Белого, Баренцева, Каспийского, Черного, Азовского и Балтийского морей. Основной водораздел, разделяющий южные и северные моря проходит в районе Валдайской возвышенности. Реки Русской равнины преимущественно снегового питания. Характер стока изменяется с севера на юг, выделяются как сезонные различия, так и его объемы. Большая часть изучаемой территории характеризуется наибольшим стоком весной, ежегодным устойчивым ледовым покровом, за исключением рек крайнего юго-запада, и ясно выраженной меженью, т. е. самым низким уровнем воды летом. Это типичные черты равнинных рек. Крупные реки: Волга, Днепр, Дон, Днестр, Западная Двина, Северная Двина, Печера.

Распределение озер по Русской равнине крайне неравномерно. Наибольшее количество озер приурочено к северо-западным, районам изучаемой территории, а наименьшая их плотность характерна для более континентальных юго-восточных районов.

В пределах изучаемой территории можно выделить три класса озерных комплексов, различающихся генезисом распространенных в них озер:

• Область ледниково-тектонических озер, расположившаяся на территории Кольского полуострова и Карелии и представленная более чем 100000 озер. Многочисленные озера этой области, часто крупные, разбросаны по тектоническим впадинам, углубленным и обработанным ледниками. Наиболее крупные озера этого региона - это Ладожское,Онежское, Имандра, Сегозеро, Выгозеро и др.;

• Область моренных озер приурочена к зоне абляции Валдайского и Московского ледника. В неровностях образованные в результате формирования характерных для этого типа форм рельефа расположены небольшие неглубокие озера. Характерные представители этого класса озер: Чудское, Ильмень, Селигер и др.

• Область пойменных и суффозионно-карстовых озер приурочена к южным частям изучаемой территории. Сравнительно малое количество озер в этом районе компенсируется искусственными водоемами, выполняющими функции питьевых и оросительных источников.

В целом, крупные водные объекты искусственного и естественного происхождения оказывают существенное влияние на формирование растительного покрова, в большинстве своем это связанно со сглаживающим эффектом местного климата и изменением параметров тепло- и влагообеспеченности (Физическая география, 1948; Север европейской .,1966).

Растительность. Зональное распределение растительного покрова обуславливается климатом - температурными условиями и степенью увлажнения. В пределах изучаемой территории выделяются два типа растительности - тундровый и лесной с выраженными переходными зонами лесотундры и лесостепи.

Тундровая растительность представлена двумя подзонами: лишайниково-моховой и кустарниковой.

Лишайниково-моховая подзона тундры представлена лишайниками, мхами и многолетними травами. Видовое разнообразие представлено как типичной тундровой растительностью, так и альпийской флорой. Значительное развитие имеют болота, главным образом низинные, осоковые.

Кустарниковая тундра представлена преобладанием в растительном покрове кустарниковых зарослей из карликовой березы и нескольких видов ив, а также багульника, голубики, брусники, бурых мхов и лишайников. По долинам рек, а южнее и на водоразделах, встречаются низкорослые криволесья ели и березы.

Для лесотундры типичны березовые и еловые редколесья, переходящие в долинах рек в сомкнутые березовые, еловые и сосновые леса. Для возвышенных, хорошо дренированных территорий характерны лишайниковые редколесья, а для низменных, более увлажненных территорий характерны зеленомошные редколесья.

Далее к югу располагается область таежных лесов. Лесотундра постепенно переходит в подзону редкостойной болотистой тайги, наиболее распространённой в бассейне Печоры и на Кольском полуострове. Лес в этой подзоне сравнительно низкий и редкий; в подлеске из кустарничков, трав, мхов и лишайников много общего с лесотундрой. Далее идёт полоса северной тайги с преобладанием еловых лесов, местами сменяющихся сосновыми, в особенности в Карелии. Для северной тайги характерно наличие сибирских видов хвойных деревьев (сибирская ель, лиственница и пихта), роль которых увеличивается к востоку, в Карелии они исчезают. Широколистные деревья в северной тайге отсутствуют или встречаются очень редко (главным образом липа). Болотные комплексы занимают значительные территории, и представлены преимущественно верховыми болотами.

Подзона южной тайги отличается меньшей заболоченностью, господством ели и заметной примесью широколистных пород. Эта подзона к востоку расширяется и отличается наличием сибирских хвойных лесов, в частности пихты.

Зона смешанных и широколистных лесов, достигающая большой ширины на западе и постепенно суживающаяся к востоку, разделяется на две подзоны: хвойно-широколистных (смешанных) и широколистных лесов. Смешанные хвойно-широколистные леса представлены в основном еловыми лесами, но со значительной примесью широколистных деревьев, в том числе дуба; на востоке примешивается пихта. Болота здесь сравнительно мало распространены, главным образом на песчаных (зандровых) низинах, для которых характерны сосновые леса.

Полоса широколистных лесов протягивается от юго-запада к северо-востоку, образуя три широких выступа к югу, в пределах Волыно-Подольской, Приволжской и Предуральской. возвышенностей. В них преобладает дуб, с примесью ясеня, клёнов, ильма, вяза, липы, ольхи, лещины, на западе - граба.

Главной лесообразующей породой таежной зоны исследуемой территории является ель, а наиболее распространёнными и характерными лесными формациями являются еловые леса. Ель представлена двумя видами, в западной части лесной полосы растёт европейская ель (Picea excelsa), для востока лесной области характерна сибирская ель (Picea obovata), вместе с сибирской елью продвинулись на Русскую равнину и другие виды: сибирская лиственница, сибирская пихта и сибирский кедр.

Наряду с преобладающим значением еловых лесов, во всех подзонах лесной полосы, имеют значительное распространение сосновые леса. На местах вырубленных или горелых лесов часто образуются берёзовые, осиновые и сероольховые типы растительности. В южных подзонах для влажных и болотистых местностей с почвами, богатыми минеральными солями, характерны заросли чёрной ольхи (Физическая география, 1948; Север европейской .,1966; Физическая география., 1966; Мильков, 1977).

Таежные ландшафты. В пределах исследуемой территории согласно Ландшафтной карте СССР, масштаба 1:4000000, под общей редакцией А.Г. Исаченко (1988) выделяются три зональные группы ландшафтов: субарктические (тундровые), бореальные (таежные) и суббореальные северные семигумидные (см. рис. 1.4.). В каждом из них выделяются типы ландшафтов, которые в пределах изучаемой территории имеют отчётливо выраженную природную зональность. Каждый равнинный тип ландшафта может быть представлен двумя классами - низменные и возвышенные ландшафты. Таким образом, формируются высотно-зональные типы равнинных ландшафтов.

В пределах субарктической зональной группы выделяются: Европейские тундровые типичные; Европейские тундровые южные. Отдельно выделяется Восточноевропейская лесотундровая зональная группа ландшафтов. Для бореальной зональной группы в пределах ЕТР характерны: северотаежные; среднетаежные; южнотаежные и подтаежные ландшафты. Суббореальная зональная группа представлена широколиственными ландшафтами. Суббореальная типичная семиаридная зональная группа представлена северными степными, типичными и южными лесостепными ландшафтами.

Кроме описанных выше зональных типов ландшафтов в пределах изучаемой территории незначительно представлены горные ландшафты по западным склонам Урала. Там отмечены ландшафты от зоны горных тундр до широколиственных лесов, а также интразональные типы, выраженные в болотных комплексах, поймах и дельтах рек.

Наибольшее распространение в пределах изучаемой территории получили бореальные ландшафты, которые составляют примерно две третьих от ее площади и являются основным объектом настоящих исследований.

Секторность зональных типов ландшафтов выражается в видовых группах ландшафтов, которые отображают дифференциацию ландшафтов по геолого-геоморфологическим характеристикам и показателям механического состава почвогрунтов.

Группы ландшафтов представлены двумя орографическими классами - ландшафты низменных и возвышенных платформенных равнин. В предгорных горных районах Урала развиты ландшафты возвышенных и высоких предгорий, а также ландшафты складчатых глыбовых и вулканических гор.

В пределах низменных и возвышенных равнин выделяется 24 класса групп ландшафтов по 12 в каждом высотном типе. В пределах горных и предгорных районов Урала выделяется 5 классов групп ландшафтов. По аналогии с зональными типами ландшафтов выделяются интразональные типы ландшафтов (болота, поймы и дельты рек).

2.2 Обоснование набора характеристик экологических функций и единицы картографирования

На сегодняшний момент уже накоплен колоссальный опыт экологических исследований, подкрепленный обширными базами знаний и методами практического применения. Основное внимание в экологических исследованиях уделяется выявлению причинно-следственных связей между различными компонентами природной и социальной среды, а также внутри отдельно взятых компонентов. Как антропоцентрические так и биоцентрические направления экологических исследований подразумевают использование неких географических знаний, которые с одной стороны должны предоставлять информацию об условиях и факторах развития тех или иных территориальных единиц, а с другой указывать на элементарную территориальную единицу, в пределах которой будет происходить сбор и обобщение информации для последующей экологической оценки территории в целом.

В данных исследованиях, где основной акцент делается на изучение экологических функций ландшафтов, особое внимание уделяется изучению природных компонентов и их взаимоотношениям. Все многообразие природных компонентов в данных исследованиях представлено двумя группами факторов, имеющих наибольшее значение с точки зрения исследования экологических функций ландшафтов - это эдафические и климатические факторы. Именно эти две группы факторов имеют определяющее значение для развития растительного покрова, который, в свою очередь, является индикатором процессов, происходящих на земной поверхности, а также активным участником формирования тех или иных природных компонентов. Растительность отображает как зональные различия, которые формируются в определенных климатических условиях, так и азональные, связанные с неоднородностью подстилающей поверхности, выражающейся в геолого-геоморфологических различиях.

Основными климатическими факторами, влияющими на дифференциацию растительного покрова, являются характеристики тепло- и влагообеспеченности, соответственно именно они должны участвовать в пространственном анализе закономерностей распределения этих показателей. Важность других климатических факторов также неоспорима, поскольку каждый из таких факторов оказывает непосредственное влияние как на ландшафт в целом, так и на его отдельные компоненты, но особую значимость они приобретают при более узкоспециализированных направлениях исследования.

Требования, предъявляемые к климатическим источникам информации, сводятся к использованию осредненных значений климатических показателей, так как именно осредненные показатели отображают реальные климатические условия, нечувствительные к различного рода колебаниям (солнечная и геологическая активность и др.).

Среди характеристик тепло- и влагообеспеченности более показагельными являются годовое распределение осадков, а также температуры воздуха в период активной вегетации растительного покрова. Комплексные показатели: коэффициенты, отношения, статистические параметры, также очень важны, так как указывают на отношения основных климатических показателей, и тем самым позволяют проводить районирование территории.

Основными эдафическими факторами, влияющими на дифференциацию растительного покрова, являются характеристики, связанные с геологическим строением, рельефом и почвенным покровом, находящимся в более тесных взаимоотношениях с растительным покровом, что обусловлено сильными двухсторонними связями. Различия в геологическом строении имеют прямое влияние на дифференциацию растительного покрова, выражающуюся в выходе геологических структур на поверхность, а также в формировании почвообразующих пород.

Дифференциация растительного покрова в зависимости от рельефа поверхности складывается из различий высотного положения, а также тепло- и влагообеспеченности конкретных участков по причине различий экспозиций склонов, их крутизны, степени расчлененности и др. Также следует выделять различия в почвенном покрове, и механическом составе почв.

Стоит отметить, что использование климатических и эдафических факторов, кроме их непосредственной функции, заключающейся в определение граничных условий различных экологических показателей, несет на себе функции оценки потенциальных возможностей тех или иных территорий. Оценка потенциальных возможностей территории и сопоставление их с существующими позволяет подойти к решению вопроса по рациональному использованию природных ресурсов и глобальному управлению территориями, а также оценке некоторых экологических функций.

Кроме факторов, определяющих граничные условия тех или иных природных компонентов, необходимо учитывать показатели, имеющие прямые отношения с теми или иными экологическими функциями. Здесь, прежде всего, стоит говорить о показателях, связанных с глобальным круговоротом кислорода и углерода - это показатели биологической продуктивности, которые определяют ряд важнейших экологических функций, а также показатели биологического разнообразия. Источниками информации для такого рода показателей могут быть карты растительности, карты лесов, карты особо охраняемых территорий и малонарушеных природных территорий, а также данные дистанционного зондирования. В большинстве своем показатели биологической продуктивности получаются расчетными методами, основанными па интерполяции данных полевых и стационарных исследований путем пространственного моделирования.

Разнородность параметров и характеристик, необходимых для исследования экологических функций, предполагает использование средств агрегирования всей совокупности информации. Также встает вопрос о выборе территориальной единицы картографирования, для которой и будет производиться определение ряда экологических функций. В зависимости от задач и масштаба исследований такой территориальной единицей может стать районное деление, речной бассейн или его элементы, а также различные уровни природного или социально-экономического районирования. Наиболее правильным подходом, с точки зрения мелкомасштабного комплексного картографирования природных условий, является картографирование на ландшафтной основе. Определение масштаба исследования и картографирования экологических функций ландшафтов сводится к оценке достаточности и содержательной точности источников информации, а также наличию ландшафтной карты с единицей картографирования, сопоставимой по информативности с источниками информации.

2.3 Источники информации

Исследование экологических функций ландшафтов, как было сказано ранее, предполагает использование огромного количества разнородной информации. Основные сложности при сборе информации заключались в разрозненности представлений об экологических функциях и отсутствии их сводной классификации, а как следствие - полном отсутствии информации по методам составления карт экологических функций. Разработка структуры будущей информационной системы и поиск источников информации для ее наполнения осуществлялись на основе изучения литературных источников. Это определялось тем, что в работах некоторых авторов встречаются упоминания о тех или иных экологических функциях и их характеристиках, указывающих на возможность их изучения. После этапа изучения современного состояния вопроса по исследованию и картографированию экологических функций вся имеющаяся информация была систематизирована в виде блоков, каждый из которых отвечает за экологические функции одного из природных компонентов (см. Глава 1).

В данных исследованиях все источники информации представлены тремя группами: карты и схемы; литературные источники; материалы полевых и стационарных исследований.

Картографические источники информации представлены следующими картами и схемами:

• Ландшафтная карта СССР под общей редакцией А.Г. Исаченко, масштаба 1:4000000 (1988);

• Леса СССР, масштаб 1:2.500.000 (1990);

• Карта наземных экосистем Северной Евразии; масштаб 1:8000000,(2000);

• Карта лесов Российской Федерации масштаб 1:800000 (Барталев, Ершов и др.,2004);

• Заповедники, национальные парки и заказники федерального значения России, масштаб 1:700000 (2005);

• Атлас малонарушенных лесных территорий России (Аксенов и др., 2002)

• Серия карт биологической продуктивности СССР: запасы фитомассы, запасы мортмассы, годичная продукция, масштаб 1:8000000 (Базилевич, 1993);

• Цифровая общегеографическая карта VMapO, масштаб 1:1000000 (2000).

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Зимин, Михаил Викторович, 2009 год

1. Наиболее подходящей, по мнению автора, является карта под общей редакцией А.Г.

2. Карта составлена на типовой картографической основе с рельефом, разработанной для карт природы СССР масштаба 1:4000000. В издании картографическая основа представлена следующими элементами: гидрография, населенные пункты и границы.23.2 Карты лесов

3. SPOT-Vegetation по состоянию па 2000 год;• карта лесов СССР (Карта лесов ., 1990);• спутниковые данные высокого разрешения (Landsat-ETM+);• данные наземных наблюдений.

4. Evergre-en Needleleaf Forest Хворые вечнозеленые ' ™ , Deciduous Broadleaf Forest „ . Листпенные

5. Ш Needleleaf / Broaoleaf FcresI Смешанные с преобладанием хвойных

6. В> -1 Mixed Forest иМ Смец.анмыа

7. Broadleaf I Needleleaf Forest Смешанные с преобладанием л.-ственных

8. Ш Deciduous Needieleaf Forest Хвойные л^сгопэдные1. SHRUBLANDS/ КУСТАРНИКИ

9. Needleleaf Evergreen Shrubs Хвойные вечнозеленые

10. Г"1 Broad'eaf Deoduc-s Shrubs „ „ Лиственные

11. OTHER VEGETATION TYPES AND COMPLEXES / ДРУГАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ И РАСТИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ1. Recent Bums1. Свежие лесные гари1. Croplands

12. Сельамхоаййстееннь.е земли

13. Forest Natural Vegetation Complex —• Леса в комплексе с др/rc.s естественной растительности Fofes! - Cropland Complex Леса о комплексе с сельа<о>озвистеенкы«и землями

14. J Cropland Grass'and Complex „ Сельскохозяйственные эеуели е «смппексе с лугами

15. WETLANDS / ВОДНО.ЕОЛОТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

16. Г Bogs and Marsh , Болота1. Palsa Bogs

17. Грядоао-мо^а гмнмь с Солотиие комплексы1. Riparian Vegelation

18. Прибрекная трлаяко-кустарникооая расщтспьность GRASSLANDS/

19. ТРАВЯНИСТАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ Humid Grasslands Луга1. Steppo Сгепь1. TUNDRA/ ТУНДРА1. Barron Tundra1. Полярная1. Prostrate Shrub Tundra1. Кусгзрничкосая

20. Г™| Sedge Tundra |J Травянистая1. Ш Shrub Tundra1. Кустзрниксвая

21. NON-VEGETATED LAND COVER TYPES I НЕПОКРЫТЫЕ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ ЗЕМЛИ

22. Bare sol and Rock Пусть на и гольцы

23. Permanent snonv / ice Вечные снега и Льды1. Inland va'.er bodies

24. Реки и внутренние оодосда.1. Ш Urban

25. Урбанизированные территории1. Salt-pans i Солоичзт

26. Рис. 2.2.Фрагмент легенды к «Карте наземных экосистем Северной Евразии»22.3 Серия карт биологической продуктивности

27. Рис. 2.3.Фрагмент легенды к карте «Продукция наземной и подземной массы»

28. Рис. 2.4.Фрагмент легенды к карте «Запасы мортмассы»

29. Г' д 1 N 1" f ~~1"' 1 '///Л л . Ш * i щж •Шт И !1! ы jffijffif FSi'ifliS'lih! VIII 1 мм •t

30. Рис. 2.5.Фрагмент легенды к карте «Запасы живой фитомассы»

31. Г Границы особо охраняемых природных территорий федерального уровнябез охранных зон; среди памятников природы показаны только имеющие площадь более 1000 га и включаю щиа в себя лесные территории)

32. Южная гранта полосы прпундровых лесокна детальных картах /\/ на обзорной карте и картах Макроре г ионов России

33. Условные обозначения атласа, касающиеся ее содержательной части состоят из трех разделов (рис 2.6.).

34. Исходно, данная версия VMapO распространяется в формате Vector Product Format (VPF), который описывается специальным стандартом Vector Product Format Standard (MIL

35. STD-2407), опубликованным в июне 1996.

36. Исходные данные распространяются 4 большими файлами, каждый из которых представляет определенную область (рис. 2.7.).1. Eur1. No а 1. Sas1. Soa в * Т1' ". у? ««1 }

37. Рис. 2.7. Отдельные области на цифровой карте мира VMapO

38. Рис. 2.8. Сетка разбивки ЦМР GTOP030 на блоки

39. Рис. 2.9. Зоны покрытия (синие и зеленые оттенки) радарной съемкой SRTM

40. Автором была использована цифровая модель рельефа SRTM30, которая наиболее точно соответствует требованиям по содержанию, точности и актуальности.23.9 Данные полевых исследований

41. В результате многолетнего опыта проведения полевых работ автором разработаны методики дешифрирования космических снимков и создания карт различной тематики.

42. Анализ экологических функций природных компонентов и оценка их картографирования производились на основе разнородных литературных источников, агрегированных по отдельным природным компонентам (почвы, растительность и др.).

43. На сегодняшний момент есть несколько космических съемочных систем, позволяющих проводить подобного рода исследования.